Geavanceerde algoritmen verbeteren quadrotor-drone prestaties

Wanneer een vliegtuig te ver omhoog veert, kan de afname in lift en toename in weerstand het voertuig doen plotseling neerstorten. Dit fenomeen, bekend als een stall, heeft veel dronefabrikanten gedwongen om op de kant van extreme voorzichtigheid te gaan wanneer ze de autonome vluchtbewegingen van hun voertuigen plannen. Voor verticale opstijging en landing (VTOL) tail-sitter drones, programmeren de meeste fabrikanten het vliegtuig zo dat de voertuiglichaam heel langzaam draait wanneer het overgaat van hover naar voorwaartse vlucht en vice versa.

Onderzoekers hebben een trajectplanner gemaakt die de tijd die VTOL tail-sitter drones nodig hebben om deze cruciale overgang te maken, aanzienlijk verkort. De trajectplanner was ontworpen voor een quadrotor biplane tail-sitter gebruikt om nieuwe ontwerpkenmerken te testen en fundamentele aerodynamica te bestuderen.

VTOL tail-sitters vertrouwen typisch op een heuristische benadering wanneer ze overgaan tussen hover en voorwaartse vlucht, waar ze een heel langzame maar heel veilige vooraf bepaalde set acties volgen. In tegenstelling kan de trajectplanner de optimale reeks vluchtbewegingen voor deze overgangen vinden die op elke situatie afgestemd zijn. Onderzoekers ontdekten de beschikbaarheid van deze meer agiele manoeuvres toen ze de unieke interactie modelleerden tussen de wake van de rotoren van het voertuig en de aerodynamica van zijn vleugels.

Als het voertuig hovert, zijn de vleugels omhoog gericht en draaien de rotoren er constant boven; om het voorwaarts te laten bewegen, zou men de vleugel effectief plat tegen de lucht slepen. In de realiteit, vanwege de lucht die naar beneden op de vleugel wordt geblazen, ziet het eigenlijk niet veel weerstand. Als resultaat van deze extra downwash van de rotoren, kunnen VTOL tail-sitters een agressievere overgang tussen hover en voorwaartse vlucht aan dan men zou aannemen.

Door simulatie vonden de onderzoekers dat de incorporatie van rotor-op-wind wake-interferentie in de trajectplanner de drone in staat stelde om in half zo veel tijd over te gaan naar hover en te landen vergeleken met de conventionele benadering. Het team gelooft dat de trajectplanner de drone uiteindelijk in staat kan stellen om intelligently te schakelen tussen hover en voorwaartse vlucht terwijl het navigeert door dichte of stedelijke gebieden.

De incorporatie van meer geavanceerde vluchtmodellen in de trajectplanner zal de drone een beter begrip geven van de complexe aerodynamische omgeving terwijl het bewwegt; bijvoorbeeld, als er een gebouw in de weg was, zou het meer zin hebben om eroverheen of eromheen te vliegen?

Zodra de trajectplanner meer simulatieproeven ondergaat, plannen de onderzoekers de software aan te sluiten op hardwaremodellen om een hoog niveau van robuustheid te waarborgen voordat ze vluchttesten beginnen. Een snellere, efficiëntere overgang tussen hover en voorwaartse vlucht zal uiteindelijk het leger helpen nieuwe voertuigen te ontwikkelen voor inlichtingen, surveillance en reconnaissance missies alsook luchtvoorzieningsoperaties.